大型风力发电机组塔架优化设计

鉴于塔架对风力发电机组的承载能力、使用寿命与安全的影响,因此对塔架进行科学、合理的设计尤为重要。提出了风力发电机组塔架的设计思路,总结了静强度、屈曲稳定及模态分析等理论基础的特点,通过整合这些理论基础给出了优化设计步骤,并以湘潭电机股份有限公司某大型风机为例,采用Matlab对塔架进行了优化设计。结果表明,采用基础理论对塔架进行优化设计是简单有效的方法之一,且在满足各项安全指标的前提下,有效地控制了塔架重量,适合推广应用。     

风电机组塔架钢板下料尺寸计算

本文提供了风电机组塔架钢板下料尺寸计算方法,风电机组塔架是由数段圆锥筒体依靠法兰连接组成一个锥形圆筒状结构,对每一张钢板的尺寸计算有极高的要求,必须严格控制其误差。本文给出了一个固定的模板,只需输入个别已知数据,模板就会自动算出所有所需尺寸,同时尽可能减少人为因素。     

风电机组塔架的振动特性分析

为了研究塔架的振动特性,采用结构动力学的方法,从理论分析和仿真计算两方面,对塔架的振动特性进行了分析和仿真计算,得到了激振力频率和塔架位移、加速度的响应特性。研究表明:在外部激振载荷作用下,塔架的振动频率中同时包含激振力频率和塔架的固有频率,仿真计算的结果与理论分析的结论一致。通过对比实测数据,风机正常运行时,塔架加速度的频谱主要集中在塔架的三倍旋转频率附近。     

风电机组塔架高强度螺栓的质量控制研究

高强度螺栓是风电机组安装和整体连接中至关重要的连接件,其质量是否能达到设计需要,直接影响风电机组结构整体的承载能力、使用寿命与安全性能。本文在对数十个风场的检查和调研基础上,对高强度螺栓从制造到安装过程的质量控制进行了全面、深入的分析,提出了以保证质量为基础,在安装中注重对力矩和安装操作要点的控制来保障风电机组运行的建设性意见。     

基于模态叠加法的风电机组塔架实时状态研究

振动模态是机械结构在某一自振频率下的振动型态,是多自由度系统的固有属性。在模态分析的基础之上,提出一种基于模态叠加法的风电机组塔架振动状态与应力状态计算模型。该模型首先通过有限元法得到塔架的模态,然后通过模态叠加法根据塔架各监测点处的振动值计算得到整个塔架的振动状态及应力状态。以某风电场2.0 MW风电机组为例,通过有限元法数值模拟验证该模型计算结果的准确性。研究结果表明,该模型具有精度高和速度快的特点,能够满足实时在线计算要求。     

风电机组塔架台风条件下的初步设计研究

根据某风电场台风的特点确定风机设计等级,以塔架概念设计各阶段的基本尺寸,建立基本物理模型。基于有限元法并根据风电设备的设计规范对抗台风风力发电机组塔架进行了初步分析,主要包括塔架的低级频率和极限强度计算,初步确定该塔架的固有频率和极限强度均满足风电机组的设计规范要求。建议在对抗台风风力发电机组塔架进行详细设计阶段必须进一步优化设计,在强调够用的情况下减小尺寸,降低制造和运输成本。     

强阵风条件下风电机组钢-混凝土塔架瞬态响应分析

以陆地某5 MW大型风力机钢-混凝土组合塔架为研究对象,参考GL2010风力发电机塔架设计规范,对塔架的瞬态响应进行分析。考虑塔顶机舱风轮质量及钢-混组合结构的影响,建立了塔架有限元分析模型;采用Block Lanczos法对塔架进行了模态分析,得到了塔架前六阶固有频率和振型;通过模态叠加法求解,得到了恒定风速下塔架结构的稳态动响应与主要频率成分;分析了在瞬时强阵风作用下,塔架结构承载的变化规律与瞬态位移动响应时域历程;研究发现,在强阵风的作用下塔架横向振动会产生大幅波动,最大增加188.09%,在塔架结构设计时应给予一定的重视。     

基于有限元分析的风电机组塔架结构正交试验设计

采用正交试验设计方法设计正交试验模型,利用ANSYS有限元分析软件对正交试验模型进行静强度、疲劳强度、模态和屈曲分析,通过使用极差分析法,分析塔架结构因素对各试验指标的影响。并绘制因素与指标趋势图,直观地显示试验指标随因素水平变化的趋势,为进一步试验指明方向。     

风电机组塔架的脉动风速时程模拟

本文简述了谐波合成法中的自回归模型(AR)模拟出给定风速功率谱的风速时程序列,并验证其与目标谱(Davenport谱)的一致性,从而得到作用在各节点的脉动风荷载时程样本的方法。本文采用谐波合成法,建立了脉动风速时程的AR模型,编辑出脉动风速时程模拟程序,并对某风电机组塔架进行脉动时程分析,验证了该脉动风速时程模拟的可行性与有效性。     

大型风电机组柔性塔架结构改进研究

针对大型风电机组柔性塔架分段处的动态响应问题,文章利用双向流固耦合法对塔架分段处法兰进行流体与结构动力学分析,得出动力响应曲线。将考虑耦合作用与未考虑耦合作用的塔架法兰的应力、位移进行对比,经过基本应用理论分析,提出塔架结构改进措施。对比结果表明:考虑耦合作用的塔架法兰位移、应力变化幅度均比未考虑耦合作用的小;结构改进后的塔架应力、位移变化幅度相对较小。     

特种风力发电机组塔筒防腐方案研究

高原和海洋的风能资源丰富,更能发挥大容量风力发电机组的优势,利用前景广阔。但高原和海上的自然环境恶劣,对风机承载部件——塔筒的防腐要求更为严格。针对在高原和海上运行的特种风机,分析了塔筒的腐蚀环境,研究了塔筒的防腐原理,提出了塔筒的具体防腐措施和防腐方案,为特种风机塔筒的防腐提供了参考。     

水平轴风力机塔架的频率和振型特性实验研究

为了研究风力机塔架的振动特性,文章利用动态信号采集分析系统,对水平轴风力机塔架进行了实验模态分析和运行模态分析测试,得到了塔架静止与振动两种工况下的固有频率与模态振型,分析了塔架的振动特性。通过对风力机振动信号的频谱分析发现,风速小于10 m/s时,只能激励起塔架挥舞方向与摆振方向的二阶模态;通过对风力机塔架的模态分析发现,风力机发生振动,塔架固有频率与模态振型发生小幅度改变;随着风速和振动烈度的增大,塔架模态参数的变化幅度随之增大。该研究可以为风力机塔架优化设计提供借鉴。     

拉索式小型风力发电机塔架结构吸振器的研发

风力发电机塔架结构的自然频率与风轮的工作频率(风叶的通过频率)相近时,将发生共振,导致风力发电机无法正常工作。文章基于动力吸振原理,建立了拉索式小型风力发电机塔架结构等效振动模型,再以6kW级拉索式小型风力发电机塔架结构的缩小模型为对象制作吸振器,用理论与试验验证吸振器的有效性。试验结果表明,吸振器能够有效减少塔架结构共振频域内的振动。     

风力发电机组塔架仿真和分析

简单介绍了风力发电机组塔架的类型和风力发电机组塔架设计的重要性。分别在某种参考风速及其风向改变90°和180°条件下,运用风力发电机组设计软件Bladed for Windows对风力发电机组塔架风载荷进行了仿真分析。最后,结合仿真结果和实际情况分析了叶片安装角、风轮锥角、风轮仰角、悬距、塔架气动阻力系数和塔架线密度等对塔架风载荷的影响。为风力发电机组的塔架设计提供了参考。     

大型风力发电机组塔架联接螺栓最大工作载荷的计算

通过风力发电机组塔架联接螺栓所受的载荷种类、特点,对塔架联接螺栓受力状态进行分析,并根据螺栓的分布规律推导出联接螺栓最大工作载荷的精确、简便的计算公式,可供相关设计人员参考.     

Investigation of voltage sag impact on wind turbine tower vibrations

To study the effect of voltage sag on the mechanical vibration of a wind turbine structure, a detailed model that considers the combined electrical, mechanical and aerodynamic aspects of the wind turbine must be used. A drawback of many previously published works in the area of wind turbine simulation is that they study either a very simple mechanical model with a detailed electrical model or vice versa. Therefore, the interactions between electrical and mechanical components are not accurately taken into account. In this paper, three simulation programs—TurbSim, FAST and Simulink—are used to model the wind, mechanical and electrical parts of a wind turbine and its controllers in detail. Simulation results obtained from the model are used to observe the interaction of all three factors affecting the operation of a wind turbine system. The focus of the paper is on the effect of the voltage sag on tower vibration, considering different power system characteristics (i.e. short circuit level and X/R ratio), mechanical parameter (i.e. mechanical tower damping) and wind turbine operating conditions. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

大型风力发电机组塔架顶端的水平位移的计算

计算大型风力发电机组的整体稳定性和动态特性的关键是要计算出机组顶端的水平位移,由于大型风力发电机组结构通常比较复杂,塔架均采用变截面形式,各截面的刚度并非常数,因此使计算过程变得复杂、繁琐,以变截面塔架结构为例,根据刚度相等的条件,推导出变截面塔架结构在横向力、弯矩及均布载荷作用下对应的当量惯性矩的计算公式,从而可简便地求出其顶端的水平位移。     

基于流固耦合的风力机塔筒动态特性分析

塔筒动态特性分析对风力发电机的振动设计起着关键作用。文章以1.5 MW风力发电机塔筒为研究对象,将叶片旋转和随机风载荷作为载荷输入条件,建立风力机塔筒叶片旋转载荷模型、流固耦合风载荷模型、结构动力学方程,分析计算得到随机载荷下叶片旋转和风载共同作用时,风力机塔筒动态特性评估方法。     

风电机组装配式超高钢混塔筒刚度鲁棒性分析

装配式超高钢混塔筒在设计阶段往往过度关注局部构件的承载能力及安全裕度,忽视了装配式结构存在的整体性、刚度及抗震性能差等问题。为找到对整体结构刚度影响大的接触面并加固处理,在局部构件满足承载力要求的前提下须对整体结构刚度鲁棒性进行分析。文章选取分段式和分片式两种不同技术路线的140 m高钢混塔筒结构形式进行分析。首先,对这两种钢混塔筒结构进行模态分析,获取初始前6阶自振频率;其次,计算结构单一接触面分别部分失效情况下的自振频率,获得接触面的重要性排序;最后,计算接触面按重要性逐一失效情况下结构最终的鲁棒值。结果表明:分片式钢混塔筒结构刚度鲁棒性优于分段式钢混塔筒;在混凝土段高度1/6,1/2及5/6附近(从底到顶)要避免设置接触面或设置加强连接措施。     

风切变和塔影效应对风力机变桨距控制的影响分析

随着单台风力机功率的不断增大,变桨距控制对于风力机起动、制动性能的改善和对输出功率的稳定作用不断显现。单台风力机功率的不断增大也导致了塔架的增高和风轮直径的增大,风切变和塔影效应对风轮旋转平面风速分布产生的差异也不断变大。为了验证风速差异对变桨距控制的影响,建立了考虑风切变、塔影效应的风速模型以及基于叶素理论的风力机模型。采用1.5 MW风力机的数据进行研究,仿真验证表明,在集中变桨时,即使参考风速稳定,风速分布的差异也会使实际的风轮输出转矩产生脉动,桨距角产生周期性脉动,从而导致输出功率产生脉动,影响电能质量,同时叶片上产生不平衡的弯矩,增加了叶片的疲劳载荷,缩短了叶片的寿命。大型风力机应采用独立变桨技术来解决这些问题。